CZ283752B6

CZ283752B6 - Zařízení pro směšování plynu a tekutiny

Info

Publication number: CZ283752B6
Application number: CZ95966A
Authority: CZ
Inventors: Alan Patrick Casey
Original assignee: Alan Patrick Casey
Priority date: 1992-10-13
Filing date: 1993-10-07
Publication date: 1998-06-17
Also published as: CA2147008A1; DE69328185T2; NZ256646A; CA2147008C; NO951425D0; PL173462B1; HU214727B; WO1994008724A1; PL308351A1; CZ96695A3; RU95110051A; AU669578B2; FI951721A0; NO951425L; JPH08502203A; JP3264930B2; ATE190866T1; RU2128087C1; BR9307239A; EP0664734A1

Abstract

Směšovací zařízení (1, 100) pro rozprašování kapaliny v proudu plynu, zejména pro spalovací motory, je opatřeno tryskou (2, 102) pro kapalinu a kanálem (3, 103) obklopujícím trysku (2, 102), kterým proudí plyn. Tryska (2, 102) vytváří z proudu kapaliny souvislou v podstatě radiálně tryskající clonu, do které naráží plyn proudící kanálem (3, 103) a vytváří za tryskou (2, 102) souvislý oblak mlhy z jemně rozprášených kapiček kapaliny. Kanál (3, 103) má s výhodou v blízkosti trysky (2, 102) zúžený průřez (25, 113) pro zvýšení rychlosti plynu. Tryska (2, 102) je s výhodou opatřena ventilovým ústrojím cyklicky otevírajícím trysku (2, 102). Podobně i kanál (3, 103) je s výhodou opatřen ventilovým ústrojím. ŕ

Description

Předkládaný vynález se všeobecně týká směšovacího zařízení pro rozprašování kapaliny v proudu plynu.

Vynález byl vyvinut především pro použití v systémech vstřikování paliva spalovacích motorů a bude následně popsán s odkazem na uplatnění v souvislosti s automobilní technikou.

Je však pochopitelné, že vynález není omezen pouze na tuto specifickou oblast použití.

Dosavadní stav techniky

V různých směšovacích zařízeních, jako jsou karburátory, vstřikovací palivové trysky, hořákové trysky apod., je rozprášený proud kapiček paliva vytvářen přiváděním kapalného paliva do proudu plynu, např. vzduchu.

V minulosti vykonávala všeobecně tuto funkci různá, v této oblasti techniky známá, zařízení pomocí nasměrování jediné trysky, stříkající kapalinu do proudu plynu. Taková zařízení se však ukázala jako neefektivní z důvodů obecné neschopnosti vytvořit stejnorodý proud kapiček stálého a dostatečně malého rozměru.

Byly provedeny pokusy překonat tyto nedostatky pomocí většího počtu trysek a čerpáním paliva pod zvýšeným tlakem. To však vedlo ke zvýšení výrobních nákladů, rozměrů, hmotnosti a/nebo mechanické složitosti vstřikovacího systému, což je však zejména nežádoucí v automobilní technice. Navíc rozměr kapiček byl nadále příliš velký a nestejnorodý a neumožňoval zcela pravidelné a účinné spalování, a proto se dosud takové pokusy setkaly pouze s částečným úspěchem.

Je proto žádoucí vyvinout zdokonalené směšovací zařízení, které překoná nebo podstatně zmírní alespoň některé nevýhody dosud známého stavu techniky.

Podstata vynálezu

V souladu s tím vynález spočívá v směšovacím zařízení plynu a kapaliny, obsahujícím trysku, do níž je přiváděna kapalina ze zdroje kapaliny, a plynový průchod, který se nachází v bezprostřední blízkosti trysky a je protažen dále za tuto trysku a při provozu vede stlačený plyn směrem k trysce a dále za tuto trysku, přičemž tryskaje uzpůsobena pro směrování kapaliny do průchodu v podobě v podstatě souvislé, v celku radiálně nebo kuželově vystupující, clony, takže plyn, proudící průchodem, naráží na kapalinovou clonu, aby vytvářel v podstatě stejnorodý oblak rozprášených kapiček kapaliny za tryskou ve směru proudění, přičemž směšovací zařízení obsahuje otevírací a uzavírací plynové ventilové prostředky, které otevírají a uzavírají plynový ventil, a tryskové otevírací a uzavírací prostředky, které otevírají a uzavírají trysku, a příčná průtoková plocha průchodu je zmenšena v blízkosti trysky a vytváří difuzér.

Průchod přednostně obklopuje trysku a tryska je upravena tak, aby vedla kapalinu do tohoto obklopujícího průchodu v podobě převážně souvislé, v podstatě kuželově nebo radiálně tryskající stěny.

- 1 CZ 283752 B6

Průchod je přednostně mezikruhový a v podstatě souosý se středovou tryskou. Přednostně je radiální stěna vytvářena vedením kapaliny obvodovým kanálem, procházejícím po obvodu trysky a otevírajícím se do průchodu. Proud plynuje přednostně veden v úhlu mezi 5° a 175° vzhledem k ose průchodu, větší přednost je pak dávána úhlu mezi 20° a 160° a největší přednost je dávána úhlu mezi 30° a 150°.

Průřezová plocha průchodu pro proudění plynu je s výhodou zmenšena v okolí trysky, aby vytvořila difúzér, přičemž výsledné zvýšení rychlosti plynu kolem trysky podporuje rozprašování kapalinové stěny.

Difúzér přednostně zasahuje do dostatečné vzdálenosti před trysku z hlediska směru proudění plynu, aby v blízkosti trysky minimalizoval turbulence plynu, proudícího průchodem.

V jednom provedení obsahuje zařízení kapalinový ventil, který tvoří jeden celek s tryskou, pro řízení proudu kapaliny, přiváděné do proudu vzduchu.

V jiném provedení obsahuje zařízení jednak kapalinový ventil, který tvoří jeden celek s tryskou, pro řízení proudu kapaliny, přiváděné do proudu vzduchu, a jednak obsahuje i plynový ventil pro řízení proudu vzduchu, procházejícího průchodem, přičemž činnost kapalinového ventilu a plynového ventilu jsou koordinovány, takže plynový ventil je otevřen vždy, když se otevře kapalinový ventil.

Ve specifickém provedení je kapalinou uhlovodíkové palivo, a to motorový benzín, a plynem je vzduch. Při uplatnění v automobilní technice je proud paliva odměřován pomocí běžné techniky vstřikování paliva a vzduch je nasáván průchodem účinkem podtlaku sacího zdvihu spalovacího motoru. Plyn může být také před tryskou stlačován podle požadavku pomocí turmodmýchadla nebo přeplňovacího kompresoru.

Přehled obrázků na výkresech

Dále bude přednostní provedení vynálezu popsáno pomocí příkladu a připojených výkresů, na kterých:

obr. I je podélný řez prvním provedením směšovacího zařízení podle vynálezu;

obr. 2 je podélný řez druhým provedením směšovacího zařízení podle vynálezu;

obr. 3 je detail podélného řezu druhým provedením vynálezu;

obr. 4 je podélný řez dříkem ventilu podle obr. 2;

obr. 5 je řez podle přímky A-A na obr. 4;

obr. 6 je řez podle přímky B-B na obr. 4;

obr. 7 je podélný řez součástí z obr. 3, která tvoří vývod;

obr. 8 je podélný řez součástí pro dodávání paliva z obr. 3;

obr. 9 je bokorys části pro dodávání paliva podle obr. 8;

obr. 10 je půdorys části pro dodávání paliva podle obr. 8;

-2 CZ 283752 B6 obr. lije bokorys dříku ventilu trysky z obr. 3;

obr. 12 je podélný řez dílem zadního víka zařízení z obr. 3;

obr. 13 znázorňuje díl, který tvoří zadní zarážku dříku plynového ventilu zařízení z obr. 3;

obr. 14 je podélný průřez hlavní části tělesa zařízení z obr. 2.

Příklady provedení wnálezu

Podle obr. 1 vynález obsahuje směšovací zařízení L, obsahující trysku 2, spojenou se zdrojem kapalného paliva, a trysku 2 obklopující, v podstatě s ní souosý mezikruhový průchod 3, umístěný tak, že vede proud 4 vzduchu nebo jiného plynu kolem trysky 2.

Tryska obsahuje ventilový díl 5 s ventilovým dříkem 6, který je kluzně uložen ve směru své osy ve ventilovém vedení 7. Ventilový dřík 6 obsahuje axiální vrtání 10 a radiální otvory 11, propojené s vrtáním JO. Vrtání 10 a otvory 11 vedou kapalné palivo pod tlakem do prstencového palivového zásobníku 15, který je vytvořen mezi ventilovým dříkem 6 a vnitřním vyvrtaným úsekem obklopujícího ventilového vedení 7. O-kroužek 16 zabraňuje unikání kapaliny ze zásobníku 15 mezi ventilovým dříkem 6 a ventilovým vedením 7, přičemž umožňuje vzájemný axiální pohyb.

V uzavřené poloze je obvodové těsnicí čelo 20 ventilové hlavy 5 těsně přitlačeno do odpovídajícího ventilového sedla 21. vytvořeného v koncovém čele ventilového vedení 7, aby utěsnilo palivový zásobník jď. V otevřené poloze je ventilový díl přemístěn směrem dolů (při pohledu na výkres) vzhledem k ventilovému vedení 7, čímž vytváří obvodový kanál 22 mezi těsnicím čelem 20 ventilové hlavy 5 a ventilovým sedlem 21, a tím umožňuje palivu proudit ze zásobníku 15.

Nyní podrobněji popíšeme činnost směšovacího zařízení podle obr. 1. Při obvyklém použití je proud vzduchu veden mezikruhovým průchodem 3 tak, aby proudil kolem trysky 2 v podstatě v axiálním směru. Tlakový spád, vyvolávající tento proud, může být vyvolán sacím zdvihem spalovacího motoru, turbodmýchadlem, turbokompresorem, kompresorem nebo dalšími vhodnými prostředky. Tento proud může být buď plynulý nebo přerušovaný v závislosti na určitém provedení.

Při uvedení ventilové soustavy do činnosti je ventilová hlava 5 přemístěna směrem dolů, čímž se otevře kanál 22 mezi těsnicím čelem 20 a sedlem 21 ventilu. V této poloze je natlakované palivo ze zásobníku 15 vedeno do obklopujícího proudu vzduchu jako stejnorodá, v podstatě souvislá radiální stěna 23. Proud plynu naráží na kapalinovou stěnu 23 a náraz plynu na palivo strhává kapičky paliva z kapalinové stěny 23, přičemž vytváří za tryskou 2 ve směru proudu plynu v podstatě stejnorodý oblak 24 jemně rozprášených kapiček kapaliny. V blízkosti trysky 2 je plocha průřezu průchodu 3 zmenšena a vytváří difúzér 25, přičemž výsledné zvýšení rychlosti plynu usnadňuje rozprašování kapalinové stěny 23.

V provedení, znázorněném na obr. 1, naráží proud vzduchu na kapalinovou stěnu v úhlu přibližně 90°. Kapalinová stěna kapaliny však může být vedena pod jakýmkoliv úhlem mezi 5° až 175° vzhledem k ose A průchodu v závislosti na množství faktorů, jako je vazkost kapaliny, optimální velikost kapiček, požadovaná pro určité spalovací prostředí. Reynoldsovo číslo obklopujícího vzduchového proudu a podobně.

V druhém provedení, znázorněném na obr. 2, má směšovací zařízení 100 podlouhlé těleso 101 s podélně vedeným mezikruhovým průchodem 103. Průchod 103 je spojen se vstupním otvorem

108 pro přívod plynu, který je propojen se zdrojem plynu. Palivová tiyska 102 je napojena na zdroj kapalného paliva a je upravena tak, aby při provozu vytvářela v podstatě kuželově směrem ven tryskající palivovou stěnu z tryskového výstupu 109 do obklopujícího průchodu 103. Palivová stěna je rozprašována nárazem plynu, proudícího průchodem 103, přičemž z palivové stěny jsou strhávány kapičky paliva. Směs paliva a plynu je následně dále směšována ve vířivé směšovací komoře 114, umístěné za tryskovým výstupem 109 ve směru proudění před tím, než je vyvedena ze zařízení 100 vývodem 112.

Zařízení 100 je v podstatě tvořeno podlouhlým tělesem 101, majícím středové podélně vedené vrtání lil. Vrtání 111 je spojeno se vstupním plynovým otvorem 108. Za vstupním plynovým otvorem 108 se vrtání 111 zužuje do úzké krčkové oblasti 113, rozšiřuje se do vířivé směšovací komory 114 a znovu se zužuje do výstupního otvoru 112.

První ventilový dřík 116 s ventilovým dílem 117 na jednom konci je kluzně uložen a veden v prvním úseku vrtání 111 v sousedství výstupního otvoru 112. Ventilový díl 117 je vyroben z pružného plastového materiálu, jako např. Vesconite™ nabízený firmou Accurra Engineering Pty Ltd. ze Short Street, Chatswood, New South Wales, Australia.

Podle obr. 2 první ventilový dřík 116 má menší vnější průměr, než je vnitřní průměr vrtání 111 a je veden ve vrtání 111 dvěma od sebe vzdálenými vodícími díly 115a a 115b, přičemž první vodicí díl 115a má podobu čtyř v pravidelných úhlech od sebe rozdělených radiálních výstupků 118, které mají účinný vnější průměr shodný s vnitřním průměrem vrtání 111. Výstupky 118 zajišťují polohu prvního ventilového dříku 116 ventilu ve středu vrtání 111, čímž vytvářejí část mezikruhového průchodu 103 pro proud paliva v prostoru mezi vnitřním povrchem vrtání 111 a prvním ventilovým dříkem 116.

První ventilový díl 117 je kluzně pohyblivý ve vrtání 111 mezi otevřenou polohou (viz obr. 3), v níž je ventilový díl 117 vzdálen od sbíhající se stěny vrtání 111 (tj. která tvoří první ventilové sedlo 120), čímž umožňuje průchod plynu ze vstupního otvoru 108 do úzké krčkové oblasti 113, a uzavřenou polohou (neznázoměna), v níž ventilový díl 117 doléhá do ventilového sedla 120 a uzavírá mezikruhový průchod 103 pro proud plynu.

První ventilový dřík 116 je přitlačován do uzavřené polohy první šroubovou pružinou 121.

První ventilový dřík 116 má středové podélné vrtání 122, ve kterém je kluzně uložen a veden druhý ventilový dřík 123. Druhý ventilový dřík 123 přečnívá přes konec prvního ventilového dříku 116 prvního ventilového dílu tak, aby byl umístěn ve středu úzké krčkové oblasti 113 a dále vytvářel mezikruhový průtočný průchod 103. Druhý ventilový díl 130 je umístěn na nej vzdálenějším konci druhého ventilového dříku 123 a je vyroben z pružného plastového materiálu, jako je např. Vesconite™. Vrtání 122 v prvním ventilovém dříku 116 má úsek 124 se zvětšeným průměrem, umístěný v odstupu směrem dovnitř od konce prvního ventilového článku. V úseku 124 jsou umístěny odpovídajícím způsobem zvětšené, od sebe vzdálené části 125 druhého ventilového dříku 123. Úsek 124 se zvětšeným průměrem vrtání 122 v prvním ventilovém dříku 116 tvoří radiální koncovou stěnu 126, která účinkuje jako koncová zarážka pro příslušný klouzavý pohyb druhého ventilového dříku 123 ventilu. V tomto smyslu jsou první ventilový dřík 116 a druhý ventilový dřík 123 sestaveny teleskopicky.

Palivový přívodní díl 128 je umístěn uvnitř vířivé směšovací komory 114 ve vrtání 111 v tělese 101. Palivový přívodní díl 128 má druhé ventilové sedlo 129, které ve spojení s druhým ventilovým dílem 130 druhého ventilového dříku 123 tvoří přívodní palivovou trysku 102.

Palivový přívodní díl 128 také tvoří část vířivé směšovací komory 114 tím, že má více průchozích šroubových drážek 139.

-4CZ 283752 B6

Palivový přívodní díl 128 průtokově propojuje podélné palivové přívodní vrtání 131 v tělese 101 s tryskovým výstupem 109 prostřednictvím radiálního vrtání 134 a axiálního vrtání 135.

Umístění tryskového výstupu 109 v úzké krčkové oblasti 113 vrtání 111 je způsobeno tím, že palivový přívodní díl 128 má axiálně vyčnívající část 132. jejíž nejvzdálenější konec tvoří druhé ventilové sedlo 129.

Druhé ventilové sedlo 129 má povrch ve tvaru vydutého komolého kužele, který je soustředný s vrtáním 111. Druhé ventilové sedlo 129 spolupracuje s kuželovým druhým ventilovým dílem 130 k volitelnému uzavírání trysky 102. V otevřené poloze trysky 102 tvoří ventilové sedlo 129 spolu s ventilovým dílem 130 tryskový výstup 109. Druhý dřík 123 je tlačen do uzavřené polohy druhou šroubovou pružinou 133.

První ventilový dřík 116 a druhý ventilový dřík 123 ventilu jsou tedy spojeny tak, že když jsou první ventilový díl 117 a druhý ventilový díl 130 v uzavřených polohách, nachází se koncová zarážka 126 v prvním ventilovém dříku 116 v předem stanovené vzdálenosti od protilehlého čela nejbližší zvětšené části 125 druhého ventilového dříku 123. Tím může být první ventilový díl 117 odtažen od prvního ventilového sedla 120 ventilu, čímž se otevře průchod 103 pro proud vzduchu bez bezprostředního otevření trysky 102. Jakmile se první ventilový dřík 116 přemístí o předem stanovenou vzdálenost, protilehlé čelo zvětšené části 125 druhého ventilového dříku 123 ventilu se opře o koncovou zarážku 126, takže další pohyb prvního ventilového dříku 116 vyvolá pohyb druhého ventilového dříku 123 spolu s prvním ventilovým dříkem 116 proti přítlačné síle jejich příslušných šroubových pružin 121, 133. Tento pohyb způsobí, že se druhý ventilový díl 130 oddálí do druhého ventilového sedla 129, čímž vytvoří tryskový výstup 109 pro palivo. Míra otevření tryskového výstupu 109 je omezena další koncovou zarážkou 137 ve vrtání Hl tělesa 101, která zabrání dalšímu pohybu prvního ventilového dříku 116. Protože to je první ventilový dřík 116, který pohybuje druhým ventilovým dříkem 123, zastaví se druhý ventilový dřík 123 také v tomto bodě. Navíc je zřejmé, že zdvih (tj. pohyb) druhého ventilového dříku 123 je podstatně menší než pohyb prvního dříku 116 ventilu. Například zdvih druhého ventilového dříku 123může být přibližně 0,05 mm, zatímco první dřík 116 ventilu se posune přibližně o 0,5 mm.

Druhý ventilový díl 130 a druhé ventilové sedlo 129 vytvářejí v otevřené poloze tryskový výstup 109, který má tvar prstencového průchodu nebo kanálu. Kanál je vytvořen mezi kuželovým povrchem druhého ventilového dílu 130 a kuželovým povrchem druhého ventilového sedla 129, a proto se jak radiálně, tak i axiálně rozšiřuje vzhledem k podélné ose A průchodu 103. To znamená, že se kanál rozšiřuje v úhlu a k podélné ose A. Kuželová stěna kapalného paliva, která tryská z otevřeného try skového výstupu 109, je proto nasměrována v úhlu a k axiálnímu směru. Úhel a na obr. 2 je přibližně 35°. Takto je palivová stěna vedena směrem ven a proti směru proudu plynu. Avšak existuje přesvědčení, že úhel a může být jakýmkoli úhlem v rozsahu od 5° do 175° vzhledem k axiálnímu směru (tj. k ose 1 zařízení 100).

Původce stanovil, že nejvýhodnějším úhlem a pro dosažení strhávacího rozprašujícího účinkuje přibližně 90°. Je zřejmé, že čím je menší úhel a, tím je přímější náraz mezi kapalinovou stěnou a plynem, proudícím průchodem. To povede k zmenšení strhávání kapiček kapaliny ze stěny. Pokud je úhel a větší (tzn., jestliže se a blíží 180°), bude mít stěna kapaliny tendenci proudit s plynovým proudem a strhávací účinek bude opět omezen. Proto je původce přesvědčen, že směšovací zařízení 100 bude poskytovat nový strhávací účinek na stěnu kapaliny tehdy, je-li úhel a v rozsahu od 5° do 170°. výhodně je úhel a mezi 20° až 160° a nejvýhodněji v rozsahu od 30° do 150°.

Po uvolnění prvního ventilového dříku 116 se jak první, tak i druhý ventilový dřík 116, 123 pohybují společně vlivem účinku příslušných šroubových pružin 121, 133. dokud druhý

-5CZ 283752 B6 ventilový díl 130 nezaujme druhé ventilové sedlo 129, čímž se uzavře palivová tryska 102. V tomto bodě stále prochází plyn mezikruhovým průchodem 103. První ventilový dřík 116, který má delší zdvih, pokračuje v kluzném pohybu ve vrtání 111, dokud první ventilový díl 117 nezaujme první ventilové sedlo 120 a neuzavře přívod plynu. Tímto způsobem je proud dodávaného plynu vždy otevřen před tím, než je dodáno palivo tryskovým výstupem 109, a je zastaven pouze po uzavření palivového tryskového výstupu 109.

Palivový přívodní díl 128 ve vířivé směšovací komoře 114 má čtyři šroubové průchody 139, které vytvářejí šroubové dráhy proudění. Takto je směs plynu a paliva, vypuzovaná z úzké krčkové oblasti 113, přinucena proudit těmito šroubovými dráhami, výsledkem čehož je další víření a směšování. Následně je směs paliva a plynu vyvedena ze zařízení 100 vývodem 112.

Zařízení 100. znázorněné na obr. 2, také uplatňuje zpětný přetokový obvod, obsahující palivový přívod 139 a palivový výstup 140, takže palivo je průběžně čerpáno do zásobníku 141 v zařízení 1, 100 a je vedeno zpět do oddělené palivové nádrže nebo zásobníku odlehčovacím tlakovým ventilem (není znázorněn). Takové uspořádání napomáhá k udržování konstantního tlaku paliva do trysky 102 při otevírání i uzavírání trysky 102. Navíc zvýšené proudění paliva ochlazuje solenoid 142, který je využit k uvádění prvního ventilového dříku 116 do činnosti, je umístěn v zadní části zařízení 100 a zabraňuje palivu v zásobníku a v jeho okolí v odpařování nebo krakování.

I když je v přednostním provedení druhý ventilový díl 130 vyroben z pružného plastového materiálu, je zřejmé, že tato součást může být vyrobena také z kovu nebo jiného vhodného materiálu. Aby kovový ventilový díl 130 a kovové ventilové sedlo 129 byly nejůčinněji navzájem utěsněny v uzavřené poloze trysky 102, je úhel a přednostně přibližně 45° (nebo 135°). To znamená, že úhel 45° poskytuje účinné zaklínění mezi kuželovým ventilovým dílem 130 a vydutým kuželovým ventilovým sedlem 129, jestliže jsou obě uvedené součásti vyrobeny z kovu. Jestliže je ventilový díl 130 vyroben z pružného plastového materiálu, jako je například Vesconite™, a ventilové sedlo 129 je vyrobeno z kovu, bude optimální utěsnění dosaženo s úhlem a v rozsahu od 15° do 75° nebo od 105° do 165°.

Při provozu směšovacího zařízení 100 nebude všechno palivo, opouštějící tryskový výstup 109, obsaženo v kapalinové stěně. To znamená, že nějaké palivo bude mít tendenci uváznout na tryskovém výstupu 109 a stékat po vnějšku trysky 102. To se zejména stává v okamžiku otevírání a uzavírání trysky 102. Aby se tomu zabránilo, je vzduch přiveden dříve, než se tryska 102 otevře, a je zastaven pouze po uzavření trysky 102. Tento přídavný proud plynu napomáhá stírání nebo odpařování tohoto nerozprášeného paliva, které se nachází na vnějším povrchu trysky 102.

Významným znakem vynálezu je to, že tryska je upravena k dodávání v podstatě souvislé, v podstatě radiálně nebo kuželově tryskající stěny z kapaliny. Je zřejmé, že slova v podstatě radiálně tryskající stěna v souvislosti s vynálezem je třeba chápat tak, že znamenají stěnu z kapaliny, která je nasměrována tak, aby měla významnou radiální složku vzhledem ke středové podélné ose plynového průchodu 3 na obr. 1, nebo 103 na obr. 2 až 14.

Tato slova by neměla být omezena jen na to, že nezbytně znamenají směrem ven tryskající kapalinovou stěnu, jelikož je předpokládáno, že jiné provedení trysky (není znázorněno) může směrovat takovou v podstatě radiálně tryskající stěnu dovnitř středového plynového průchodu. To znamená, že tryska by mohla být utvořena kolem vnější stěny plynového průchodu pro plyn a mohla by ho v podstatě obklopovat tak, aby směrovala stěnu z kapaliny v podstatě radiálně dovnitř. Tato stěna z kapaliny by mohla být směrována v jakémkoli úhlu v rozsahu od 5° do 175° vzhledem k podélné ose 1 plynového průchodu.

-6CZ 283752 B6

Takové alternativní uspořádání by mohlo výhodně těžit z podstaty vynálezu, kterou je strhávání kapiček kapaliny ze stěny z kapaliny. Nicméně vynálezce je přesvědčen, že takové alternativní provedení může být méně účinné než zařízení 1 na obr. 1 nebo 100 na obr. 2 až 14, protože proces strhávání bude mít tendenci srážet rozprášené kapičky kapaliny zpět na vydutý vnější povrch průchodu, zatímco uskutečnění zařízení, znázorněné na výkresech, bude mít tendenci srážet rozprášené kapičky zpět na poměrně menší vypuklý vnější povrch příslušných trysek 102. Větší vydutý povrch by mohl mít větší tendenci zachycovat rozprášené kapičky kapaliny, které by se mohly shromažďovat a stékat po vnějším povrchu plynového průchodu. Navíc poměrně větší obvod trysky by pravděpodobně způsobil úměrně větší množství kapaliny, ulpívající na vývodu trysky, namísto jejího vedení do kapalinové stěny.

I když proces stírání, prováděný přídavným proudem vzduchu před a po otevření trysky, by byl stále schopen odstranit nebo odpařit většinu, pokud ne všechnu, takové kapaliny na vnějším povrchu plynového průchodu, je zřejmé, že takové alternativní uspořádání bude pravděpodobně méně účinné, než provedení, znázorněná na výkresech.

Zařízení 100, znázorněné na obr. 2, je specificky upraveno pro použití pro spalovací motory, které vyžadují, aby směšovací zařízení 100 dodávalo směs vzduchu s palivem přerušovaně v souladu s cyklem motoru. Uspořádání prvního a druhého ventilu umožňují, aby otvírání a zavírání zařízení 100 bylo spouštěno buď solenoidem (viz obr. 2) nebo mechanickým spouštěním (neznázoměno) pro přerušované dodávání směsi vzduchu a paliva v podobě v podstatě stejnorodého oblaku rozprášených kapiček kapalného paliva, majících konzistentní a dostatečně malý rozměr.

Je zřejmé, že požadovaný v podstatě stejnorodý oblak rozprášených kapiček pálívaje především ovlivněn skutečností, že trysky 2, 102 vytváří celkově spojitou, radiálně nebo kuželově vnějším směrem tryskající stěnu z kapalného paliva do mezikruhového průchodu 3, 103. přičemž stěna z kapalného paliva je rozprašována nárazem plynu, proudícího mezikruhovým průchodem 3, 103.

Kapalinová stěna, vytvářená tryskami 2, 102. je významná tím, že podporuje činnost směšovacího zařízení 1, 100. To znamená, že kapalinová stěna, vytvořená tryskami 2, 102. využívá povrchové napětí kapaliny, aby držela součásti kapaliny v podstatě pohromadě tak dlouho, dokud nejsou kapičky kapaliny donuceny se odtrhnout od kapalinové stěny účinkem plynu, proudícího průchody 3, 103.

Existuje přesvědčení, že tento proces odtrhávání odnáší kapičky kapaliny z tenké stěny z kapaliny v podobě v podstatě stejnorodého oblaku rozprášených kapiček kapaliny ve směru proudění od trysek 2, 102. Proces strhávání na kapalinové stěně je třeba porovnat s uspořádáními podle stavu techniky, která mají tendenci tříštit kapalinu do kapiček před jejím smíšením s plynem.

Přesněji řečeno, doposud známá zařízení pro rozprašování paliva všeobecně spoléhají na dodávací tlak kapalného paliva, protlačovaného jedním nebo více výstupy, aby došlo k rozprášení. Nevýhodou spoléhání se na dodávací tlak kapalného paliva je to, že, zvyšováním dodávacího tlaku paliva se průměrná velikost rozprášených kapiček paliva významně nezmenšuje, a dokonce při extrémně vysokých tlacích existuje omezení minimální průměrné velikosti rozprášených kapiček.

Na rozdíl od toho využívá vynález spíše kinetickou energii plynu, proudícího plynovým průchodem, než dodávací tlak kapaliny. Jediný požadavek na dodávací tlak paliva podle vynálezu spočívá v tom, že má být vyšší než tlak plynu v průchodu poblíž trysek 2, 102, aby byla vytvořena palivová stěna z trysek 2, 102. Jakmile je stěna z paliva v průchodech 3, 103. pak plyn na ni naráží a působí odtrhávání kapiček paliva ze stěny paliva. Tento odtrhávací účinek nastává

-7CZ 283752 B6 v místě uprostřed mezi tryskovým výstupem a vnějškem průchodů 3, 103, přičemž skutečná poloha se nachází v bodě, kde existuje rovnováha nebo vyváženost více faktorů, zahrnujících rychlost plynu, proudícího průchodem, dodávací tlak kapaliny, viskozitu paliva, tloušťku stěny z paliva. Reynoldsovo číslo obklopujícího plynového proudu atd. Bylo zjištěno, že bod rovnováhy je obvykle blíže k výstupům 9, 109 příslušných trysek 2, 102, a že plyn, proudící průchodem 3, 103, jenž je veden k vnější straně průchodu, nemusí hrát roli při odtrhávání nebo nárazovém rozprašování kapaliny. V druhém provedení, znázorněném na obr. 2 až 14, je nicméně tato vnější část plynu, proudícího průchodem 103, využívána ve vířící směšovací komoře 114, která se nachází za tryskou 102 ve směru proudění.

Rozprašování kapalného paliva je podporováno zmenšením plochy průřezu mezikruhových průchodů 3, 103 v sousedství trysek 2, 102, což způsobuje vyšší rychlost plynu; skutečností, že proud plynu je vytvářen v mezikruhovém průchodu 103 dříve, než je otevřena tryska 102; a uplatněním spirálových průchodů 139 v palivovém přívodním dílu 128, umístěném za prvotním nárazovým směšováním plynu a paliva v úzkém krčkovém úseku 113 ve směru proudění.

Rovněž je zřejmé, že zajištění v podstatě plynulé 360° radiálně nasměrované kapalinové stěny, tryskající stejnorodě z trysek 2, 102, umožňuje maximální využití kinetické energie obklopujícího plynového proudu k rozprašování paliva. Bylo zjištěno, že se tak vytváří konzistentnější rozprašování a menší průměrná velikost kapiček. Účinnější rozprašování také umožňuje větší koncentraci paliva a dosahování vyšších průtokových rychlostí. Kombinace těchto faktorů mají za výsledek snížení emisí, způsobovaných nespáleným palivem, a optimalizují účinnost spalování. V tomto smyslu představuje vynález komerčně významné zlepšení ve srovnání s dosavadním stavem techniky.

Vynález je zejména využitelný v oblasti vstřikovacích trysek a v systémech vstřikování paliva. Ve zvláště preferovaném provedení, uplatněném v oblasti spalovacích motorů, jé palivo rozprášeno před vstříknutím do spalovacího prostoru. V tomto případě je tryska umístěna spíše v přední části obvyklého sacího potrubí před soustavou ventilů, než aby vstřikovala palivo přímo do válce. Sací ventil válce může být proto propojen s uspořádáním vstřikovacích trysek 2, 102 tak, že právě před otevřením sacího ventilu spalovacího prostoru se otevře ventil trysky, aby se vytvořil oblak rozprášeného paliva v sacím potrubí. Tato směs paliva a vzduchuje pak obvyklým způsobem nasáta do spalovacího prostoru. Předběžné výzkumy ukázaly, že tento způsob významně zlepšuje výkon a účinnost spalování ve srovnání se systémy, ve kterých je palivo vstřikováno přímo do spalovacího prostoru.

Rovněž je třeba si uvědomit, že celý proud vzduchu, potřebný pro spalování, nemusí projít mezikruhovými průchody 3, 103, obklopujícími příslušné trysky 2, 102. To znamená, že v okolí nebo ve větší vzdálenosti od směšovacího zařízení 1, 100 mohou být běžným způsobem umístěna přídavná potrubí nebo ventily, pokud je to vyžadováno a vyhovuje to určitému použití. V automobilním použití se předpokládá, že poměr vzduchu, proudícího zařízením L 100, by činil typicky nejvýše 30 %, nejméně pak 8 % nebo dokonce 5 % celkového objemu vzduchu, potřebného pro spalování v závislosti na otáčkách motoru.

Průmyslová využitelnost

Ačkoliv byl vynález popsán pomocí konkrétních příkladů, odborníkovi v oboru bude zřejmé, že vynález může být uplatněn v mnoha jiných provedeních. Zejména je třeba si uvědomit, že vynález není omezen pouze na využití ve spalovacích motorech. Je využitelný v jakékoliv souvislosti, vyžadující rozprašování kapaliny v plynovém proudu. Jako takový je také zejména využitelný v olejových hořácích a podobně.

-8CZ 283752 B6

Navíc ve všech provedeních není nutné kombinovat trysku s konstrukčními úpravami ventilů, provádějících fázované vypínání dodávek paliva a/nebo dodávání plynu. V provedeních jako olejové hořáky, kde je vyžadován v podstatě plynulý proud, může být konstrukce ventilu podstatně zjednodušena nebo úplně vyloučena. V případech provedení pro vstřikování paliva může být také využit dálkový odměřovací systém.

Odborníkům v oboru je zřejmé, že vynález, který byl popsán a znázorněn v konkrétních provedeních, může být proveden v početných variantách a/nebo modifikacích, aniž by došlo k překročení rozsahu a ducha a rámce tohoto široce popsaného vynálezu. Proto by měla být představená provedení považována ve všech pohledech jako ukázková a neomezující.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Směšovací zařízení (1, 100) plynu a kapaliny, obsahující trysku (2, 102), do níž je přiváděna kapalina ze zdroje kapaliny, a plynový průchod (3, 25, 103, 113), který se nachází v bezprostřední blízkosti trysky (2, 102) aje protažen dále za tuto trysku (2, 102) a při provozu vede stlačený plyn směrem k trysce a dále za tuto trysku (2, 102), přičemž tryska (2, 102) je upravena pro směrování kapaliny do průchodu (3, 25, 103, 113) v podobě v podstatě souvislé vcelku radiálně nebo kuželově vystupující clony, takže plyn, proudící průchodem (25, 113), naráží na kapalinovou clonu, aby vytvářel v podstatě stejnorodý oblak rozprášených kapiček kapaliny za tryskou ve směru proudění, vyznačující se tím, že směšovací zařízení (1, 100) obsahuje otevírací a uzavírací plynové ventilové prostředky (142, 116), pro otevírání a uzavírání plynového ventilu (117, 120), a tryskové otevírací a uzavírací prostředky (142, 116, 123, 125), pro otevírání a uzavírání trysky (2, 102), a příčná průtoková plocha průchodu (25, 113) je zmenšena v blízkosti trysky (2, 102) a vytváří difúzér.
2. Směšovací zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím. že průchod (3, 113) obklopuje trysku (2, 102).
3. Směšovací zařízení podle nároku 2, vy zn a č u j í c í se t í m , že průchod (3, 113) je souosý s tryskou (2, 102), umístěnou v průchodu (3, 113).
4. Směšovací zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že tryska (2, 102) má obvodový kanál (22, 109), otvírající se do průchodu (25, 113) a procházející po obvodu trysky, přičemž tento kanál je tvořen protilehlými povrchy (20, 21, 129, 130), které probíhají v úhlu od 5° do 175° vzhledem k ose průchodu (3, 113).
5. Směšovací zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že úhel mezi protilehlými povrchy (20, 21, 129, 130) a osou průchodu (3, 113) je v rozmezí od 20° do 160°.
6. Směšovací zařízení podle nároku 5, vy z n a č uj í c í se t í m , že úhel mezi protilehlými povrchy (20, 21, 129, 130) a osou průchodu (3, 113) je v rozmezí od 30° do 150°.
7. Směšovací zařízení podle kteréhokoliv z předchozích nároků 1 až 6, vyznačující se t í m , že difuzér zasahuje před trysku (2, 150).
8. Směšovací zařízení podle nároku 4, 5 nebo 6, vyznačující se tím, že protilehlé povrchy (20, 21, 129, 130), tvořící kanál (22, 109), jsou dány příslušnými spolupracujícími součástmi ventilu trysky, které jsou navzájem pohyblivé.

-9CZ 283752 B6
9. Směšovací zařízení podle nároku 8, vyznačující se tím, že jedna ze součástí ventilu, tvořící kanál (22, 109), je spojena s dříkem (16, 123) ventilu trysky (2, 150), který probíhá podél osy průchodu a je kluzně pohyblivý vzhledem k druhé ventilové součásti.
10. Směšovací zařízení podle nároku 9, vyznačující se tím, že prostředky plynového ventilu jsou umístěny před tryskou (2, 102) ajsou pohyblivé mezi otevřenou a zavřenou polohou.
11. Směšovací zařízení podle nároku 10, vyznačující se tím, že pohyblivé části ventilu trysky a prostředky plynového ventilu jsou přitlačovány do uzavřené polohy, ajsou pohyblivé zjejich uzavřených poloh mechanickými ovládacími prostředky (121, 133) a/nebo elektrickými ovládacími prostředky (142).
12. Směšovací zařízení podle nároku 11,vyznačující se tím, že ovládací prostředky mají formu solenoidu (142) nebo mechanického vysmekovacího ústrojí.
13. Směšovací zařízení podle nároku 12, vyznačující se tím, že dřík (123) ventilu trysky je teleskopicky zasunut a veden v dříku (116) plynového ventilu a má rozšířenou část (125), která spolupracuje s koncovou zarážkou (126) v dříku plynového ventilu.